JPH0676751A - Pulse drive type electron cyclotron resonance ion source - Google Patents
Pulse drive type electron cyclotron resonance ion sourceInfo
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- JPH0676751A JPH0676751A JP4229657A JP22965792A JPH0676751A JP H0676751 A JPH0676751 A JP H0676751A JP 4229657 A JP4229657 A JP 4229657A JP 22965792 A JP22965792 A JP 22965792A JP H0676751 A JPH0676751 A JP H0676751A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、パルス駆動型の電子
サイクロトロン共振イオン源に関し、さらに詳しくは、
イオンを効率よく取り出すことが出来るパルス駆動型の
電子サイクロトロン共振イオン源に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a pulse drive type electron cyclotron resonance ion source, and more specifically,
The present invention relates to a pulse-driven electron cyclotron resonance ion source capable of efficiently extracting ions.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来の電子サイクロトロン共振イオン源
としては、理化学研究所報告（第６４巻 第４号 第１
４３頁 １９８８年１２月発行）に掲載された「ＥＣＲ
（＝電子サイクロトロン共振）多価イオン源」が挙げら
れる。図２は、その断面図である。この電子サイクロト
ロン共振イオン源Ｂにおいて、電子サイクロトロン共振
条件を満たす領域である電子サイクロトロン共振領域１
は、永久磁石２およびソレノイドコイル３により包囲さ
れたプラズマチャンバ４内に形成される。2. Description of the Related Art A conventional electron cyclotron resonance ion source has been reported by RIKEN (Vol. 64, No. 4, No. 1).
Page 43, published in December 1988)
(= Electron cyclotron resonance) multiply charged ion source ”. FIG. 2 is a sectional view thereof. In this electron cyclotron resonance ion source B, an electron cyclotron resonance region 1 which is a region satisfying the electron cyclotron resonance condition.
Are formed in a plasma chamber 4 surrounded by a permanent magnet 2 and a solenoid coil 3.
【０００３】プラズマチャンバ４の一端（図中、左端）
４ａ側には、前記電子サイクロトロン共振領域１で生成
されたイオンを外部へ導出するための引出電極５が配設
されている。プラズマチャンバ４の他端（図中、右端）
４ｂ側には、延長筒体６を介して、プラズマチャンバ４
内を高真空下に保つための真空ポンプ７およびプラズマ
チャンバ４内へマイクロ波８を導入するためのマイクロ
波導入管９が配設されている。また、前記延長筒体６内
には、プラズマチャンバ４内へガス１０を導入するため
のガス導入管１１が配設されている。One end of plasma chamber 4 (left end in the figure)
An extraction electrode 5 is provided on the side of 4a for extracting ions generated in the electron cyclotron resonance region 1 to the outside. The other end of plasma chamber 4 (right end in the figure)
On the side of 4b, the plasma chamber 4
A vacuum pump 7 for maintaining a high vacuum inside and a microwave introduction pipe 9 for introducing a microwave 8 into the plasma chamber 4 are provided. In addition, a gas introduction pipe 11 for introducing the gas 10 into the plasma chamber 4 is arranged in the extension cylinder 6.
【０００４】真空ポンプ７にてプラズマチャンバ４内を
例えば１０-6Torrの真空状態とした後、ソレノイドコイ
ル３にコイル電流を供給して励磁し、マイクロ波８およ
びガス１０をプラズマチャンバ４内に供給すると、プラ
ズマチャンバ４内に電子サイクロトロン共振領域１が形
成され、その電子サイクロトロン共振領域１に電子とイ
オンが閉じ込められ、電子とガスとイオンの衝突によっ
て１価イオンから多価イオンまで生成される。そして、
イオンが高濃度になると、その一部が引出電極５側に拡
散し、引出電極５の電界により外部に導出される。After the inside of the plasma chamber 4 is evacuated by the vacuum pump 7 to, for example, 10 −6 Torr, a coil current is supplied to the solenoid coil 3 to excite the microwave 8 and the gas 10 into the plasma chamber 4. When supplied, an electron cyclotron resonance region 1 is formed in the plasma chamber 4, electrons and ions are confined in the electron cyclotron resonance region 1, and monovalent ions to multiply charged ions are generated by collision of electrons with gas and ions. . And
When the concentration of ions becomes high, a part of the ions diffuses to the extraction electrode 5 side and is extracted to the outside by the electric field of the extraction electrode 5.
【０００５】[0005]
【発明が解決しょうとする課題】上記従来の電子サイク
ロトロン共振イオン源Ｂでは、イオンを連続的に外部に
取り出せるが、イオンを連続的に利用しない場合（例え
ば加速器の入射用に用いるような場合）、利用しない時
に導出されるイオンが無駄になってしまう問題点があ
る。また、生成されたイオンの一部のみを導出している
ため、イオン電流値を大きくしにくい問題点がある。そ
こで、この発明の目的は、無駄なイオンの導出をなくす
と共に，イオン電流を大きく出来るようにした電子サイ
クロトロン共振イオン源を提供することにある。In the above-mentioned conventional electron cyclotron resonance ion source B, ions can be continuously taken out to the outside, but when the ions are not continuously used (for example, when they are used for injection into an accelerator). However, there is a problem that the ions derived when not used are wasted. Further, since only a part of the generated ions is derived, it is difficult to increase the ion current value. Therefore, an object of the present invention is to provide an electron cyclotron resonance ion source capable of increasing the ion current while eliminating unnecessary derivation of ions.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】この発明のパルス駆動型
の電子サイクロトロン共振イオン源は、永久磁石とソレ
ノイドコイルとにより電子サイクロトロン共振条件を満
たす磁場をプラズマチャンバ内に形成する電子サイクロ
トロン共振イオン源において、ソレノイドコイルにパル
ス状のコイル電流を供給するパルス電流供給手段を具備
し、前記ソレノイドコイルにより形成される磁場を断続
させることを構成上の特徴とするものである。A pulse drive type electron cyclotron resonance ion source of the present invention is an electron cyclotron resonance ion source in which a magnetic field satisfying an electron cyclotron resonance condition is formed in a plasma chamber by a permanent magnet and a solenoid coil. A constitutional feature is that it is provided with a pulse current supply means for supplying a pulsed coil current to the solenoid coil, and the magnetic field formed by the solenoid coil is interrupted.
【０００７】[0007]
【作用】この発明のパルス駆動型の電子サイクロトロン
共振イオン源では、パルス電流供給手段がソレノイドコ
イルにパルス状のコイル電流を供給し、前記ソレノイド
コイルにより形成される磁場を断続させ、電子サイクロ
トロン共振条件が満たされる期間と満たされない期間を
交互に作る。ここで、電子サイクロトロン共振条件が満
たされる期間と満たされない期間の周期を適正に選べ
ば、次のような動作が繰り返される。電子サイクロトロ
ン共振条件が満たされる期間になると、電子サイクロト
ロン共振領域に電子とイオンが閉じ込められ、電子とガ
スとイオンの衝突によって１価イオンから多価イオンま
で生成され、イオンが次第に高濃度になる。すると、電
子サイクロトロン共振条件が満たされない期間になり、
高濃度のイオンが一気に引出電極側に拡散し、引出電極
の電界により外部に導出される。すると、再び、電子サ
イクロトロン共振条件が満たされる期間になり、再び高
濃度のイオンが生成される。In the pulse-driven electron cyclotron resonance ion source of the present invention, the pulse current supply means supplies a pulse-shaped coil current to the solenoid coil to intermittently interrupt the magnetic field formed by the solenoid coil to satisfy the electron cyclotron resonance condition. Alternates the period when is satisfied and the period when is not satisfied. Here, if the cycle of the period in which the electron cyclotron resonance condition is satisfied and the period in which the electron cyclotron resonance condition is not satisfied is properly selected, the following operation is repeated. When the electron cyclotron resonance condition is satisfied, electrons and ions are confined in the electron cyclotron resonance region, and monovalent ions to multiply charged ions are generated by collision of electrons with gas and ions, and the concentration of ions gradually increases. Then, it becomes a period when the electron cyclotron resonance condition is not satisfied,
High-concentration ions diffuse at once to the extraction electrode side, and are extracted to the outside by the electric field of the extraction electrode. Then, the period for satisfying the electron cyclotron resonance condition is satisfied again, and high-concentration ions are generated again.
【０００８】そこで、外部でイオンを利用する期間と前
記電子サイクロトロン共振条件が満たされない期間を同
期させれば、イオンの無駄がなくなる。また、高濃度の
イオンを一気に外部に導出するので、イオン電流を大き
く出来る。Therefore, if the period in which ions are used externally is synchronized with the period in which the electron cyclotron resonance condition is not satisfied, waste of ions is eliminated. Further, since the ions of high concentration are discharged to the outside at once, the ion current can be increased.
【０００９】[0009]
【実施例】以下、図に示す実施例に基づいてこの発明を
さらに詳細に説明する。なお、これによりこの発明が限
定されるものではない。図１は、この発明の一実施例の
パルス駆動型の電子サイクロトロン共振イオン源の断面
図である。なお、従来例と同様の構成要素には、同じ参
照番号を付している。この電子サイクロトロン共振イオ
ン源Ａにおいて、電子サイクロトロン共振領域１は、永
久磁石２およびソレノイドコイル３により包囲されたプ
ラズマチャンバ４内に形成される。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described in more detail based on the embodiments shown in the drawings. The present invention is not limited to this. FIG. 1 is a sectional view of a pulse-driven electron cyclotron resonance ion source according to an embodiment of the present invention. The same components as those of the conventional example are designated by the same reference numerals. In this electron cyclotron resonance ion source A, the electron cyclotron resonance region 1 is formed in a plasma chamber 4 surrounded by a permanent magnet 2 and a solenoid coil 3.
【００１０】永久磁石２は、プラズマチャンバ４の径方
向（図中、上下方向）に磁場を形成する。ソレノイドコ
イル３は、ソレノイドコイル用パルス電源３Ａから供給
されるパルス状のコイル電流で励磁され、プラズマチャ
ンバ４の軸線方向（図中、左右方向）に磁場を断続的に
形成する。The permanent magnet 2 forms a magnetic field in the radial direction of the plasma chamber 4 (vertical direction in the figure). The solenoid coil 3 is excited by a pulse-shaped coil current supplied from a solenoid coil pulse power supply 3A, and intermittently forms a magnetic field in the axial direction of the plasma chamber 4 (left-right direction in the drawing).
【００１１】プラズマチャンバ４の一端（図中、左端）
４ａ側には、前記電子サイクロトロン共振領域１で生成
されたイオンを、導出管２４へ導出するための引出電極
５が配設されている。前記プラズマチャンバ４の一端４
ａ側は、絶縁体２２を介して、引出電極５を保持する保
持筒体２１に接続している。プラズマチャンバ４の他端
（図中、右端）４ｂ側には、延長筒体６を介して、プラ
ズマチャンバ４内を高真空下に保つための真空ポンプ７
が配設されている。また、前記延長筒体６内には、プラ
ズマチャンバ４内へガス１０を導入するためのガス導入
管１１が配設されている。One end of plasma chamber 4 (left end in the figure)
An extraction electrode 5 for guiding the ions generated in the electron cyclotron resonance region 1 to the discharge tube 24 is provided on the 4a side. One end 4 of the plasma chamber 4
The side a is connected to a holding cylinder 21 that holds the extraction electrode 5 via an insulator 22. On the other end (right end in the figure) 4b side of the plasma chamber 4, a vacuum pump 7 for maintaining a high vacuum inside the plasma chamber 4 via an extension cylinder 6 is provided.
Is provided. In addition, a gas introduction pipe 11 for introducing the gas 10 into the plasma chamber 4 is arranged in the extension cylinder 6.
【００１２】前記引出電極５を保持する保持筒体２１と
真空ポンプ７との間には、引出電極用高圧電源２５が接
続されており、前記プラズマチャンバ４の一端４ａ側と
引出電極５との間に高圧の引出電圧が加わるようになっ
ている。プラズマチャンバ４の中央部には、マイクロ波
源２０からのマイクロ波８をプラズマチャンバ４内に導
入するためのマイクロ波導波管８Ａが配設されている。
次に、動作について説明する。真空ポンプ７にてプラズ
マチャンバ４内を例えば１０-6Torrの真空状態下とした
後、ソレノイドコイル用パルス電源３Ａからパルス状に
コイル電流を供給してソレノイドコイル３を励磁し、マ
イクロ波８およびガス１０をプラズマチャンバ４内に導
入する。A high-voltage power supply 25 for the extraction electrode is connected between the holding cylinder 21 holding the extraction electrode 5 and the vacuum pump 7, and connects the one end 4a side of the plasma chamber 4 and the extraction electrode 5. A high-voltage extraction voltage is applied between them. A microwave waveguide 8 </ b> A for introducing the microwave 8 from the microwave source 20 into the plasma chamber 4 is arranged in the center of the plasma chamber 4.
Next, the operation will be described. After the inside of the plasma chamber 4 is evacuated by the vacuum pump 7 to, for example, 10 −6 Torr, a pulsed coil current is supplied from the solenoid coil pulse power source 3 A to excite the solenoid coil 3 to generate the microwave 8 and The gas 10 is introduced into the plasma chamber 4.
【００１３】ある期間、コイル電流が所定値になると、
ソレノイドコイル３が所定の磁場を前記プラズマチャン
バ４の軸線方向に形成し、電子サイクロトロン共振条件
が満たされる。そして、プラズマチャンバ４内に電子サ
イクロトロン共振領域１が形成される。前記電子サイク
ロトロン共振領域１では、マイクロ波８によってガス１
０が励起されてプラズマとなる。そのプラズマは、永久
磁石２による磁場とソレノイドコイル３による磁場とを
重畳した合成磁場によって、閉じ込められる。また、電
子も閉じ込められる。そこで、電子とガスとプラズマ中
のイオンの衝突によって、１価イオンから多価イオンま
で生成される。例えばガス１０としてＡｓガスを導入す
ると、１価イオンＡｓ+1から価数の大きなイオンＡ
ｓ+2，Ａｓ+3，…までが生成される。そして、イオンは
次第に高濃度になる。When the coil current reaches a predetermined value for a certain period,
The solenoid coil 3 forms a predetermined magnetic field in the axial direction of the plasma chamber 4, and the electron cyclotron resonance condition is satisfied. Then, the electron cyclotron resonance region 1 is formed in the plasma chamber 4. In the electron cyclotron resonance region 1, the gas 1 is generated by the microwave 8.
0 is excited and becomes plasma. The plasma is confined by a synthetic magnetic field obtained by superposing the magnetic field generated by the permanent magnet 2 and the magnetic field generated by the solenoid coil 3. Also, electrons are trapped. Therefore, monovalent ions to multiply charged ions are generated by collision of electrons, gas, and ions in plasma. For example, when As gas is introduced as the gas 10, the monovalent ion As +1 to the ion A having a large valence number
Up to s +2 , As +3 , ... Are generated. Then, the concentration of ions gradually increases.
【００１４】次の期間、コイル電流が所定値より小さく
なると、ソレノイドコイル３による磁場が低下して、電
子サイクロトロン共振条件が満たされなくなる。する
と、高濃度のイオンを閉じ込めておけなくなり、イオン
は一気に引出電極側に拡散し、引出電極の電界により外
部に導出される。When the coil current becomes smaller than a predetermined value in the next period, the magnetic field generated by the solenoid coil 3 is lowered and the electron cyclotron resonance condition is not satisfied. Then, it becomes impossible to confine high-concentration ions, and the ions are diffused all at once to the extraction electrode side, and are extracted to the outside by the electric field of the extraction electrode.
【００１５】次の期間、再びコイル電流が所定値になる
と、電子サイクロトロン共振条件が満たされ、再び高濃
度のイオンが生成される。When the coil current reaches a predetermined value again in the next period, the electron cyclotron resonance condition is satisfied, and high-concentration ions are generated again.
【００１６】以上が繰り返されるが、その繰り返しの周
期と，例えば後段のビーム照射系などのタイミングとを
合せることにより、イオンを有効に利用できる。Although the above is repeated, the ions can be effectively used by adjusting the cycle of the repetition and the timing of, for example, the beam irradiation system in the subsequent stage.
【００１７】なお、電子サイクロトロン共振領域が形成
されてから次第に価数の大きなイオンが生成されていく
ので、前記コイル電流が所定値に達している期間の長さ
を調整することによって、利用したい価数のイオンを効
率よく得られるように制御することも可能である。Since ions having a large valence are gradually generated after the electron cyclotron resonance region is formed, the desired value can be utilized by adjusting the length of the period during which the coil current reaches a predetermined value. It is also possible to control so that a few ions can be efficiently obtained.
【００１８】[0018]
【発明の効果】この発明のパルス駆動型の電子サイクロ
トロン共振イオン源によれば、無駄なイオンの導出をな
くすと共にイオン電流を大きくすることが出来る。そこ
で、間欠的に大きなイオン電流を必要とする用途（例え
ば加速器の入射用に用いるような用途など）に好適であ
る。According to the pulse drive type electron cyclotron resonance ion source of the present invention, it is possible to eliminate wasteful derivation of ions and increase the ion current. Therefore, it is suitable for an application that requires a large ion current intermittently (for example, an application used for incidence of an accelerator).
【図１】この発明のパルス駆動型の電子サイクロトロン
共振イオン源の一実施例の断面図である。FIG. 1 is a sectional view of an embodiment of a pulse-driven electron cyclotron resonance ion source of the present invention.
【図２】従来の電子サイクロトロン共振イオン源の一例
の断面図である。FIG. 2 is a sectional view of an example of a conventional electron cyclotron resonance ion source.
Ａ 電子サイクロトロン共振イオン源 １ 電子サイクロトロン共振領域 ２ 永久磁石 ３ ソレノイドコイル ３Ａ ソレノイドコイル用パルス電源 ４ プラズマチャンバ ５ 引出電極 ８ マイクロ波 １０ ガス ２４ 導出管 ２５ 引出電極用高圧電源 A Electron cyclotron resonance ion source 1 Electron cyclotron resonance region 2 Permanent magnet 3 Solenoid coil 3A Solenoid coil pulse power supply 4 Plasma chamber 5 Extraction electrode 8 Microwave 10 Gas 24 Extraction tube 25 High voltage power supply for extraction electrode
Claims (1)
子サイクロトロン共振条件を満たす磁場をプラズマチャ
ンバ内に形成する電子サイクロトロン共振イオン源にお
いて、 ソレノイドコイルにパルス状のコイル電流を供給するパ
ルス電流供給手段を具備し、前記ソレノイドコイルによ
り形成される磁場を断続させることを特徴とするパルス
駆動型の電子サイクロトロン共振イオン源。1. An electron cyclotron resonance ion source for forming a magnetic field satisfying an electron cyclotron resonance condition in a plasma chamber by a permanent magnet and a solenoid coil, comprising pulse current supply means for supplying a pulsed coil current to the solenoid coil. A pulse drive type electron cyclotron resonance ion source, characterized in that the magnetic field formed by the solenoid coil is interrupted.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4229657A JPH0676751A (en) | 1992-08-28 | 1992-08-28 | Pulse drive type electron cyclotron resonance ion source |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4229657A JPH0676751A (en) | 1992-08-28 | 1992-08-28 | Pulse drive type electron cyclotron resonance ion source |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0676751A true JPH0676751A (en) | 1994-03-18 |
Family
ID=16895644
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4229657A Pending JPH0676751A (en) | 1992-08-28 | 1992-08-28 | Pulse drive type electron cyclotron resonance ion source |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0676751A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19933762A1 (en) * | 1999-07-19 | 2001-02-01 | Andrae Juergen | Pulsed magnetic opening of electron cyclotron resonance ion sources to generate short, powerful pulses of highly charged ions or electrons |
| JP2006012575A (en) * | 2004-06-25 | 2006-01-12 | Ulvac Japan Ltd | Gyrac accelerating electron type ecr ion source and multivalent ion producing method |
-
1992
- 1992-08-28 JP JP4229657A patent/JPH0676751A/en active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19933762A1 (en) * | 1999-07-19 | 2001-02-01 | Andrae Juergen | Pulsed magnetic opening of electron cyclotron resonance ion sources to generate short, powerful pulses of highly charged ions or electrons |
| DE19933762C2 (en) * | 1999-07-19 | 2002-10-17 | Juergen Andrae | Pulsed magnetic opening of electron cyclotron resonance ion sources to generate short, powerful pulses of highly charged ions or electrons |
| JP2006012575A (en) * | 2004-06-25 | 2006-01-12 | Ulvac Japan Ltd | Gyrac accelerating electron type ecr ion source and multivalent ion producing method |
| JP4580698B2 (en) * | 2004-06-25 | 2010-11-17 | 株式会社アルバック | Gyrack Accelerated Electron ECR Ion Source and Multivalent Ion Generation Method |
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